2023年5月教育部等十八部門印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》指出，從改進(jìn)學(xué)校教學(xué)與服務(wù)、用好社會(huì)大課堂、做好相關(guān)改革銜接等方面入手，對(duì)加強(qiáng)中小學(xué)科學(xué)教育進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)與制度性安排。中小學(xué)階段是拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的“發(fā)軔期”，強(qiáng)化各學(xué)段科學(xué)教育的質(zhì)效及銜接，推進(jìn)科技成果以適應(yīng)性變革融入中小學(xué)教育，筑牢科學(xué)教育根基，將有力支撐科技強(qiáng)國(guó)、教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)。長(zhǎng)期以來，“質(zhì)效不足”“銜接不力”作為中小學(xué)科學(xué)教育亟待破解的關(guān)鍵難題，成為懸于我國(guó)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)上的“達(dá)摩克里斯之劍”。有效提升中小學(xué)科學(xué)教育育人質(zhì)量，從長(zhǎng)遠(yuǎn)解決我國(guó)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)短板，推進(jìn)一體化建設(shè)是破題之關(guān)鍵。全面、透徹認(rèn)識(shí)中小學(xué)科學(xué)教育一體化的內(nèi)涵及動(dòng)因，探索其積極而可為之道，是全面推進(jìn)中小學(xué)科學(xué)教育一體化建設(shè)的重要基礎(chǔ)和前提。

一、中小學(xué)科學(xué)教育一體化的內(nèi)涵

理解中小學(xué)科學(xué)教育一體化的內(nèi)涵，我們需要明確其中的科學(xué)教育、一體化各自的概念所指。

（一）科學(xué)教育

科學(xué)教育可從目的、內(nèi)容、過程、時(shí)空等多個(gè)維度進(jìn)行定義，一般認(rèn)為科學(xué)教育是面向全體青少年的，以自然科學(xué)知識(shí)為內(nèi)容載體，旨在發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教育教學(xué)活動(dòng)?？茖W(xué)素養(yǎng)是21世紀(jì)科學(xué)教育的核心目標(biāo)，也是其主要內(nèi)容。何以促成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面、整體發(fā)展，是中小學(xué)科學(xué)教育一體化的關(guān)鍵命題。

近年來，對(duì)科學(xué)素養(yǎng)進(jìn)行界定的主要有學(xué)者、國(guó)家和國(guó)際組織三類主體，如我國(guó)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“科學(xué)新課標(biāo)”）提出科學(xué)核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐與態(tài)度責(zé)任。美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院、醫(yī)學(xué)院與科學(xué)教育委員會(huì)等機(jī)構(gòu)共同編寫的《科學(xué)素養(yǎng)：概念、情境和影響》指出，個(gè)體科學(xué)素養(yǎng)包括基礎(chǔ)性素養(yǎng)、內(nèi)容知識(shí)、理解科學(xué)實(shí)踐、認(rèn)識(shí)性知識(shí)、對(duì)科學(xué)專門知能的辨識(shí)、對(duì)科學(xué)的文化理解，以及傾向和思維習(xí)慣。盡管各主體對(duì)其莫衷一是，但仍可凝練其概念之基本共識(shí)，對(duì)科學(xué)素養(yǎng)內(nèi)涵進(jìn)行整體把握：科學(xué)素養(yǎng)是學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分，涵蓋科學(xué)認(rèn)知、科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐、科學(xué)品格四個(gè)維度，能夠幫助學(xué)生從整體上認(rèn)識(shí)自然世界、理解科學(xué)本質(zhì)，發(fā)展科學(xué)探究與實(shí)踐能力，形成系統(tǒng)的科學(xué)思維以及正確的科學(xué)態(tài)度，成為知情、負(fù)責(zé)任的合格公民。中小學(xué)科學(xué)教育一體化的核心要義，即是通過教師教學(xué)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展、橫向融通。

（二）一體化

一體化是指將兩個(gè)及以上原本相互獨(dú)立、互不干涉的主權(quán)實(shí)體，通過某種恰當(dāng)?shù)姆绞绞蛊渎?lián)結(jié)，在同一體系下共同運(yùn)作、相互包容。一體化強(qiáng)調(diào)整體性，整體性消解多元之間的割據(jù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)主體由“多”變“一”。對(duì)于當(dāng)前中小學(xué)科學(xué)教育，我們既要強(qiáng)調(diào)其整體性，又不能消解各學(xué)段科學(xué)教育在課程形態(tài)、教學(xué)組織、資源供給等方面的特殊性及差異性。中小學(xué)科學(xué)教育一體化就是要按照中小學(xué)各學(xué)段的特點(diǎn)，把每一個(gè)學(xué)段做好，并使之合理銜接，形成一個(gè)循序漸進(jìn)的科學(xué)教育序列，促成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的縱向貫通。

在理解上述概念基礎(chǔ)上，我們把中小學(xué)科學(xué)教育一體化定義為在統(tǒng)一的科學(xué)傳統(tǒng)指引下，中小學(xué)科學(xué)教育圍繞共同的育人目標(biāo)，根據(jù)各學(xué)段學(xué)生的年齡特征與發(fā)展需要，賦予各個(gè)學(xué)段適切的科學(xué)課程內(nèi)容，開展符合學(xué)生認(rèn)知水平、發(fā)展階段的教育教學(xué)，接力實(shí)現(xiàn)不同學(xué)段的目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)認(rèn)知、科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐、科學(xué)品格的全面和進(jìn)階式發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)科學(xué)育人的總體目標(biāo)。需要強(qiáng)調(diào)的是，中小學(xué)科學(xué)教育一體化有以下三個(gè)特征：第一，統(tǒng)一性，表現(xiàn)在中小學(xué)科學(xué)教育各學(xué)段的培養(yǎng)目標(biāo)、育人模式必須保持統(tǒng)一，一致指向?qū)W生科學(xué)認(rèn)知、科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐與科學(xué)品格的培育與聯(lián)通，促成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展；第二，接續(xù)性，表現(xiàn)在中小學(xué)科學(xué)教育各學(xué)段的內(nèi)容、實(shí)施等要循序漸進(jìn)、合理銜接，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的不斷深化、進(jìn)階，實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的縱向貫通；第三，系統(tǒng)性和整體性，表現(xiàn)為中小學(xué)科學(xué)教育應(yīng)突破學(xué)校課堂之藩籬，充分利用校外科學(xué)教育學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和學(xué)習(xí)資源，使之與校內(nèi)科學(xué)課程相互配合、有效對(duì)接，構(gòu)建一個(gè)有序的、整體性的科學(xué)教育資源體系。

二、中小學(xué)科學(xué)教育一體化的動(dòng)因

中小學(xué)科學(xué)教育為何要一體化？從理論層面看，科學(xué)的“一體性”要求中小學(xué)科學(xué)教育應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展、內(nèi)在聯(lián)通的科學(xué)素養(yǎng)；從實(shí)踐層面看，中小學(xué)科學(xué)教育在育人模式、教育內(nèi)容、教育資源上存在“區(qū)隔性”的窠臼，一體化是擺脫窠臼的關(guān)鍵舉措。

（一）科學(xué)的“一體性”：中小學(xué)科學(xué)教育一體化的學(xué)理依據(jù)

理解科學(xué)的“一體性”，我們需明確科學(xué)的本質(zhì)為何，以及它是否符合中小學(xué)科學(xué)教育實(shí)際。在本體論視角下，“科學(xué)”即“科學(xué)知識(shí)”，是人類對(duì)自然世界的主觀認(rèn)識(shí)成果，包括有關(guān)自然客觀存在及發(fā)展規(guī)律的知識(shí)等。在認(rèn)識(shí)論視角下，“科學(xué)”的本質(zhì)是“科學(xué)探索”，反映了人類對(duì)自然世界的主動(dòng)探索過程，包括提出問題、作出假設(shè)、方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施、描述與解釋、分享與交流等環(huán)節(jié)。在方法論視角下，“科學(xué)”即“科學(xué)方法”，反映了人類在認(rèn)知自然世界時(shí)使用的科學(xué)方法，包括科學(xué)觀察方法、科學(xué)邏輯思維與科學(xué)實(shí)證方法等。

科學(xué)新課標(biāo)指出，“對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，如對(duì)科學(xué)知識(shí)的可驗(yàn)證性、相對(duì)性、暫時(shí)性的認(rèn)識(shí)，對(duì)人與自然關(guān)系的認(rèn)識(shí)……”可以看出現(xiàn)行課程標(biāo)準(zhǔn)是基于本體論來闡釋科學(xué)的本質(zhì)，即將科學(xué)知識(shí)視為科學(xué)的本質(zhì)。在中小學(xué)階段，知識(shí)教育是培育學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的主要手段，無論是“科學(xué)探索”還是“科學(xué)方法”，其實(shí)質(zhì)都是學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的獲取、內(nèi)化及遷移。拋開知識(shí)，科學(xué)教育便成了無源之水、無本之木，因而科學(xué)本體論的觀點(diǎn)更貼近中小學(xué)科學(xué)教育實(shí)際?？茖W(xué)新課標(biāo)還指出，“科學(xué)是人類在研究自然現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上形成的知識(shí)系統(tǒng)，以及獲得這些知識(shí)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)過程和在此過程中所利用的方法?！睋Q言之，“科學(xué)”由三方面知識(shí)構(gòu)成：一是“自然世界知識(shí)”，即用于解釋自然現(xiàn)象、科學(xué)事實(shí)的認(rèn)識(shí)性知識(shí)，譬如科學(xué)概念、理論與模型等；二是“科學(xué)探究知識(shí)”，指的是用于開展科學(xué)探究實(shí)踐活動(dòng)的程序性知識(shí)；三是“科學(xué)本體知識(shí)”，主要涉及科學(xué)的人文性、社會(huì)性及倫理性等價(jià)值性知識(shí)。

科學(xué)作為一個(gè)有序知識(shí)系統(tǒng)，是完整一體的，“自然世界知識(shí)”“科學(xué)探究知識(shí)”與“科學(xué)本體知識(shí)”三者密不可分。中小學(xué)科學(xué)教育要想傳遞給學(xué)生真實(shí)、完整的“科學(xué)”，需注重學(xué)生各維度科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展、內(nèi)在聯(lián)通。

一方面，“科學(xué)的一體性”要求學(xué)生各維度科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展?？茖W(xué)認(rèn)知是學(xué)生通過對(duì)科學(xué)概念、理論等“自然世界知識(shí)”的理解、加工及建構(gòu)，獲得有關(guān)客觀事物及其發(fā)展規(guī)律的總體認(rèn)識(shí)的過程；科學(xué)思維是學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決科學(xué)問題的一種思維，包括理性思維、整體思維、辯證思維、創(chuàng)新思維等，它是“科學(xué)探究知識(shí)”向個(gè)體智力技能轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物；科學(xué)實(shí)踐即指學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，表現(xiàn)出的科學(xué)探究能力、技術(shù)實(shí)踐能力與自主學(xué)習(xí)能力，它是“科學(xué)探究知識(shí)”在個(gè)體動(dòng)作技能上的反映；科學(xué)品格是學(xué)生在深層理解科學(xué)知識(shí)本質(zhì)、科學(xué)與社會(huì)關(guān)系等“科學(xué)本體知識(shí)”后，形成的正確科學(xué)態(tài)度及社會(huì)責(zé)任感，包括懷疑與問難的態(tài)度、作出判斷時(shí)的謹(jǐn)慎及對(duì)資源和環(huán)境的責(zé)任感等?！白匀皇澜缰R(shí)”“科學(xué)探究知識(shí)”與“科學(xué)本體知識(shí)”是整全一體的，其對(duì)應(yīng)的學(xué)生各維度的科學(xué)素養(yǎng)更是缺一不可的。中小學(xué)科學(xué)教育缺少任何一個(gè)維度的科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)過程，都是對(duì)科學(xué)知識(shí)系統(tǒng)性、一體性的背離。

另一方面，“科學(xué)的一體性”要求學(xué)生各維度科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)在聯(lián)通。“自然世界知識(shí)”“科學(xué)探究知識(shí)”“科學(xué)本體知識(shí)”共同構(gòu)成科學(xué)整體，其間相互聯(lián)系、相輔相成。學(xué)生對(duì)“自然世界知識(shí)”的認(rèn)知過程，需要“科學(xué)探究知識(shí)”作為保障，即具備一定的科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐能力。高水平的科學(xué)思維和科學(xué)實(shí)踐能力，能夠幫助學(xué)生在真實(shí)的科學(xué)實(shí)踐中有效感知與辨別“自然世界知識(shí)”，形成更系統(tǒng)、更完整的科學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)。此外，學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐中收獲的體驗(yàn)，將直接影響其對(duì)科學(xué)知識(shí)本質(zhì)、科學(xué)與社會(huì)關(guān)系等“科學(xué)本身知識(shí)”的理解程度。學(xué)生能否正確理解“科學(xué)本體知識(shí)”，將直接決定其形成的科學(xué)品格優(yōu)劣與否。優(yōu)良的科學(xué)品格能夠滋生積極的科學(xué)態(tài)度，陶冶正確的科學(xué)價(jià)值觀，增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用“科學(xué)探究知識(shí)”開展科學(xué)探究、解決科學(xué)問題的自我效能感，驅(qū)動(dòng)學(xué)生不斷獲取“自然世界知識(shí)”、健全科學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)?？梢?，中小學(xué)科學(xué)教育要想引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“科學(xué)”進(jìn)行整體把握，需培養(yǎng)學(xué)生內(nèi)在聯(lián)通的科學(xué)素養(yǎng)體系。

（二）實(shí)踐的“區(qū)隔性”：中小學(xué)科學(xué)教育一體化的現(xiàn)實(shí)訴求

科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)教育的核心目標(biāo)，科學(xué)教育應(yīng)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展、內(nèi)在聯(lián)通。審視當(dāng)下中小學(xué)科學(xué)教育，其育人模式、教育內(nèi)容等缺乏一體化設(shè)計(jì)，存在諸多“區(qū)隔”，難以有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的橫向聯(lián)通、縱向貫通。

首先，育人模式的“區(qū)隔性”，掣肘學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的橫向聯(lián)通。2018年《中國(guó)義務(wù)教育質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告》顯示，四年級(jí)和八年級(jí)學(xué)生在“科學(xué)思維”與“科學(xué)探究”能力上的得分比“科學(xué)理解”低4~10個(gè)百分點(diǎn)，這在一定程度上折射出當(dāng)下中小學(xué)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐能力的培養(yǎng)可能并不充分，仍偏執(zhí)于科學(xué)知識(shí)講授，在育人模式上存在“區(qū)隔性”。受制于應(yīng)試壓力，中小學(xué)科學(xué)教師投入大量精力講授科學(xué)知識(shí)，常常區(qū)隔、旁置了科學(xué)實(shí)踐和科學(xué)探究教學(xué)。這可能造成學(xué)生難以將知識(shí)學(xué)習(xí)與能力發(fā)展有效結(jié)合，只是記憶知識(shí)符號(hào)本身，而對(duì)科學(xué)知識(shí)本質(zhì)及其探索過程知之甚少，缺乏進(jìn)行科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐能力訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。此外，一些中小學(xué)校的科學(xué)探究教學(xué)存在形式主義現(xiàn)象，既無明確的科學(xué)探究目標(biāo)，也缺乏探究背后的科學(xué)原理挖掘，學(xué)生只是亦步亦趨地按照固定程序、方法進(jìn)行操作，很少進(jìn)行自主探究。在這樣表面化、形式化的科學(xué)探究教學(xué)中，很多學(xué)生僅能獲得科學(xué)探究與實(shí)踐活動(dòng)給予的“逃離書本知識(shí)”的歡愉，難以在實(shí)踐情境中對(duì)科學(xué)知識(shí)真正地進(jìn)行遷移及運(yùn)用，更遑論涵養(yǎng)科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐能力?？茖W(xué)知識(shí)只有轉(zhuǎn)化為思維與實(shí)踐能力才能內(nèi)化為學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，否則，就只是一些碎片符號(hào)的搬運(yùn)與堆積。

其次，教育內(nèi)容的“區(qū)隔性”，限制學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的縱向貫通。小學(xué)科學(xué)教育已初步發(fā)展了學(xué)生對(duì)自然世界的整體性認(rèn)知，形成兼具統(tǒng)攝力與完整性的科學(xué)知識(shí)體系。中學(xué)科學(xué)教育應(yīng)在學(xué)生已有科學(xué)認(rèn)知基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)更有解釋力量與社會(huì)意義的，以學(xué)科形態(tài)呈現(xiàn)的科學(xué)知識(shí)來深化對(duì)自然世界的認(rèn)知。然而目前我國(guó)中學(xué)科學(xué)教育內(nèi)容并未充分承接小學(xué)科學(xué)教育內(nèi)容，甚至存在與小學(xué)科學(xué)教育內(nèi)容相區(qū)隔的危險(xiǎn)。這種區(qū)隔具體表現(xiàn)為中學(xué)科學(xué)教育內(nèi)容過于強(qiáng)調(diào)學(xué)科知識(shí)的完整性，卻相對(duì)忽視學(xué)科知識(shí)之間的聯(lián)系，跨學(xué)科教學(xué)內(nèi)容占比不甚充分。這可能致使學(xué)生獲得繁多、孤立的學(xué)科知識(shí)，卻難以形成關(guān)聯(lián)、統(tǒng)整的科學(xué)知識(shí)體系，與小學(xué)階段形成的前科學(xué)認(rèn)知相悖，進(jìn)而加重學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知負(fù)擔(dān)。此外，有些教師將跨學(xué)科教學(xué)視作應(yīng)付差事，盲目地臆造學(xué)科聯(lián)系、拼接學(xué)科知識(shí)，陷入“為跨而跨”“拼盤教學(xué)”的教學(xué)誤區(qū)。由此，中學(xué)科學(xué)教育不僅未與小學(xué)科學(xué)教育合理銜接，還可能削弱中學(xué)科學(xué)課程的部分育人成效，無益于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的縱向貫通。

最后，教育資源的“區(qū)隔性”，削弱學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的意義基礎(chǔ)。目前一些中小學(xué)校將科學(xué)教育資源等同為物理、地理、生物等課程資源的簡(jiǎn)單疊加，對(duì)校外科學(xué)教育資源的利用、整合力度不夠，造成校內(nèi)外科學(xué)教育資源的相對(duì)區(qū)隔。在單一的科學(xué)教育資源供給下，中小學(xué)科學(xué)教學(xué)可能出現(xiàn)直觀性不足的問題，教師在教學(xué)過程中缺乏與科學(xué)知識(shí)相適配的科學(xué)情境，陷入“口說無憑”的教學(xué)無力感。如此的科學(xué)教學(xué)向?qū)W生傳授大量既定、先驗(yàn)、靜態(tài)的科學(xué)概念、理論，與日新月異的科技發(fā)展難以形成邏輯吻合。多數(shù)學(xué)生在科學(xué)課堂上只對(duì)科學(xué)知識(shí)進(jìn)行了淺層認(rèn)知加工，難以建立科學(xué)知識(shí)與生活世界的意義聯(lián)系，更遑論將所學(xué)知識(shí)遷移、應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)問題解決，嚴(yán)重削弱學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的意義基礎(chǔ)。

三、中小學(xué)科學(xué)教育一體化的推進(jìn)邏輯

面對(duì)“科學(xué)的一體性”與“實(shí)踐的區(qū)隔性”的要求，中小學(xué)科學(xué)教育該如何推進(jìn)一體化建設(shè)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的橫向聯(lián)通、縱向貫通，發(fā)揮中小學(xué)科學(xué)教育的最大育人價(jià)值？

（一）以科學(xué)建模教學(xué)為聯(lián)結(jié)點(diǎn)，構(gòu)建一體化科學(xué)教育育人模式

推進(jìn)中小學(xué)科學(xué)教育一體化，關(guān)鍵在于促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。面對(duì)當(dāng)下中小學(xué)科學(xué)教育重科學(xué)認(rèn)知建構(gòu)而輕科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐能力培養(yǎng)的難題，需要探賾科學(xué)認(rèn)知與科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐的教學(xué)聯(lián)結(jié)點(diǎn)，構(gòu)建一體化的科學(xué)教育育人模式。

科學(xué)建模教學(xué)通過聯(lián)結(jié)模型認(rèn)知教學(xué)與模式實(shí)踐教學(xué)，彌合育人模式之“區(qū)隔”，促成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展、橫向聯(lián)通。建模教學(xué)并非新鮮事物，早有學(xué)者提出讓學(xué)生在建模過程中思考和檢驗(yàn)對(duì)自然世界的認(rèn)識(shí)和解釋，開展基于模型的教學(xué)實(shí)踐?！盎谀Ｐ偷慕虒W(xué)”是讓學(xué)生理解、使用和修改現(xiàn)有科學(xué)模型，使其掌握模型的本質(zhì)、功能和可變性等，指向?qū)W生科學(xué)模型認(rèn)知的發(fā)展。但“基于模型的教學(xué)”并不等同于“科學(xué)建模教學(xué)”，科學(xué)建模教學(xué)兼顧學(xué)生科學(xué)模型認(rèn)知與模型實(shí)踐能力的發(fā)展。一方面，科學(xué)建模教學(xué)能夠深化學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知?？茖W(xué)建模教學(xué)需要學(xué)生具備一定的科學(xué)模型認(rèn)知作為基礎(chǔ)，同時(shí)又引導(dǎo)學(xué)生通過檢驗(yàn)科學(xué)模型對(duì)科學(xué)知識(shí)的契合度、解釋力，發(fā)展對(duì)科學(xué)知識(shí)的深層次理解，鞏固學(xué)生已有科學(xué)認(rèn)知體系。另一方面，科學(xué)建模教學(xué)能夠涵養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐能力?？茖W(xué)建模教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有模型的認(rèn)知的同時(shí)，還讓學(xué)生充分調(diào)動(dòng)想象力來創(chuàng)造新的模型，并通過實(shí)驗(yàn)和探究不斷評(píng)估、修改與檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停M(jìn)而對(duì)某一科學(xué)現(xiàn)象產(chǎn)生新的解釋或預(yù)測(cè)新的結(jié)果，涵養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)實(shí)踐能力。由此，科學(xué)建模教學(xué)通過模型認(rèn)知教學(xué)與模型實(shí)踐教學(xué)的交融耦合，有效彌合了育人模式之“區(qū)隔”，實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)認(rèn)知、科學(xué)思維與科學(xué)實(shí)踐的一體化培養(yǎng)。

在教學(xué)實(shí)踐中，教師需先厘清科學(xué)建模教學(xué)的概念，明確科學(xué)建模教學(xué)的目的不僅在于提高學(xué)生的模型認(rèn)知水平，還應(yīng)發(fā)展學(xué)生的模型實(shí)踐能力。在此基礎(chǔ)上，教師便可根據(jù)教材有序開展階段性的模型認(rèn)知教學(xué)與模型實(shí)踐教學(xué)。但教材中的科學(xué)模型常以不同的媒介和表現(xiàn)形式呈現(xiàn)，因此教師需要提高自身的“元視覺能力”，以便精準(zhǔn)識(shí)別模型背后的科學(xué)原理知識(shí)，有效地開展模型認(rèn)知教學(xué)。以開普勒定律為例，教材上的相關(guān)模型包括行星系統(tǒng)照片、一些物理方程等，教師只有精準(zhǔn)識(shí)別、掌握它們與開普勒定律之間的關(guān)聯(lián)，才能在教學(xué)中正確地解釋各種模型。此外，教師在模型認(rèn)知教學(xué)中應(yīng)根據(jù)不同內(nèi)容的不同特點(diǎn)，采取顯性或隱性的方式傳授于學(xué)生。有關(guān)模型功能的內(nèi)容，可以直接采取講授教材的顯性方式，譬如引導(dǎo)學(xué)生通過伽利略斜面實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ屠斫馀ｎD第一定律（慣性定律），強(qiáng)調(diào)模型的解釋功能建立在邏輯推理的基礎(chǔ)上。而有關(guān)模型可變性的內(nèi)容，可以隱性地融入科學(xué)史的教學(xué)中，譬如通過展示魏格納的板塊構(gòu)造模型、哥白尼的日心說模型等科學(xué)模型的演進(jìn)歷程，讓學(xué)生意識(shí)到模型并非“一成不變”，而是會(huì)根據(jù)新的證據(jù)而改變。

模型實(shí)踐教學(xué)可從以下三類建模活動(dòng)切入。一是探索型建模，即讓學(xué)生在模型的應(yīng)用與評(píng)估中探索模型的特性。具體而言，是讓學(xué)生在新情境中應(yīng)用現(xiàn)有模型解決問題，探索現(xiàn)有模型的功能和適用情境，并評(píng)估現(xiàn)有不同模型對(duì)同一現(xiàn)象的解釋度，研判其關(guān)系與優(yōu)劣，譬如人教版八年級(jí)初中物理教材中的“大氣的壓強(qiáng)”一節(jié)，教師可以讓學(xué)生通過“建構(gòu)封閉系統(tǒng)—改變一側(cè)氣壓—形成內(nèi)外壓差”這一思維模型，來解決“瓶吞雞蛋，如何讓雞蛋從瓶中出來”這一情境問題，從而增強(qiáng)對(duì)這個(gè)思維模型的理解。二是表現(xiàn)型建模，即讓學(xué)生在新情境中通過修改模型來表達(dá)自己對(duì)特定主題的想法。當(dāng)模型無法解釋學(xué)生所作假設(shè)或所得證據(jù)時(shí)，則需對(duì)模型作出修改，以驗(yàn)證新假設(shè)、表達(dá)新觀點(diǎn)。以“空氣的熱脹冷縮”一課為例，教師將有缺口、癟的乒乓球放到熱水盆中，乒乓球并未如假設(shè)一樣恢復(fù)原狀，就此引導(dǎo)學(xué)生探討其中原因，并對(duì)乒乓球這一實(shí)體模型作出修改。三是創(chuàng)造型建模，即讓學(xué)生自主創(chuàng)造新的模型來解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的結(jié)果，為其建構(gòu)科學(xué)表征，并在模型測(cè)試、評(píng)估過程中完善新模型。還以“空氣的熱脹冷縮”一課為例，教師將完好的、癟的乒乓球放到熱水盆里，乒乓球恢復(fù)原狀，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建圖形模型解釋這一現(xiàn)象（比如圓圈范圍代表體積，圈里的黑點(diǎn)代表重量），進(jìn)而討論、分析該模型是否能包含各種現(xiàn)象和數(shù)據(jù)。

（二）以跨學(xué)科內(nèi)容整合為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)一體化科學(xué)教育內(nèi)容體系

面對(duì)當(dāng)下中小學(xué)段間的科學(xué)教育內(nèi)容存在“區(qū)隔”的問題，亟須推進(jìn)中小學(xué)科學(xué)教育內(nèi)容的一體化設(shè)計(jì)。這意味著將科學(xué)教育內(nèi)容作為整體去設(shè)計(jì)，從跨學(xué)科視角出發(fā)，對(duì)各學(xué)段、各學(xué)科科學(xué)教育內(nèi)容進(jìn)行有效統(tǒng)整，形成學(xué)段銜接、學(xué)科相融的一體化科學(xué)教育內(nèi)容體系。

其一，巧借主題統(tǒng)領(lǐng)，明確跨學(xué)科內(nèi)容整合之方向?！读x務(wù)教育課程方案（2022年版）》指出，各門課程用不少于10%的課時(shí)設(shè)計(jì)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)。面對(duì)這一硬性規(guī)定，一些科學(xué)教師可能陷入“不會(huì)跨”“不能跨”的教學(xué)困境與窘境。究其癥結(jié)，在于教師尚未明晰跨學(xué)科整合之目標(biāo)與方向，將跨學(xué)科整合視作“拼盤式縫合”，盲目地將不同學(xué)科知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單化拼湊與機(jī)械化疊加。但跨學(xué)科整合之目標(biāo)并非學(xué)科知識(shí)的簡(jiǎn)單、機(jī)械拼接，而是借助大概念、大問題、大項(xiàng)目或大任務(wù)，提煉出統(tǒng)攝性較強(qiáng)的科學(xué)學(xué)習(xí)主題，并以主題的形式將不同學(xué)科知識(shí)聯(lián)結(jié)起來，捋順跨學(xué)科知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生從碎片化知識(shí)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向以學(xué)習(xí)主題為中心的較完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系的掌握。此外，科學(xué)學(xué)習(xí)主題的提煉還需關(guān)注其進(jìn)階性與延展性。即該主題能將不同學(xué)段的相關(guān)內(nèi)容串聯(lián)起來，形成以主題為軸心、循序漸進(jìn)的科學(xué)教育內(nèi)容體系，促進(jìn)學(xué)段間科學(xué)教育內(nèi)容的有效、合理銜接，保障學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)的進(jìn)階性與連貫性。

以學(xué)習(xí)主題明確跨學(xué)科內(nèi)容整合之方向，以免陷入“不會(huì)跨”和“不能跨”的誤區(qū)，具體可從以下幾個(gè)層面進(jìn)行。一是課程標(biāo)準(zhǔn)，譬如《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中提出三個(gè)跨學(xué)科主題的確立方向，分別是“物理學(xué)與日常生活”“物理學(xué)與工程實(shí)踐”“物理學(xué)與社會(huì)發(fā)展”，教師可據(jù)此進(jìn)一步確立具體的跨學(xué)科主題。二是教材內(nèi)容的共通點(diǎn)，譬如物理教材內(nèi)容“汽化和液化”、化學(xué)教材內(nèi)容“自然界的水”、生物教材內(nèi)容“地球上生命的起源”都是八年級(jí)內(nèi)容，教師可以整理并提煉出“水——生命之源”相關(guān)的跨學(xué)科主題。三是地域文化特色，譬如佛山市映月中學(xué)位于詠春拳發(fā)源地，該校圍繞“詠春文化”，從“詠春文化”“詠生奧秘”“物換詠移”“骨型設(shè)計(jì)”“未來詠春”五個(gè)維度開展跨學(xué)科主題教學(xué)；四是學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如觀看《流浪地球》電影學(xué)習(xí)物理、地理相關(guān)知識(shí)；五是爭(zhēng)議性的社會(huì)話題，譬如“一次性筷子的利弊”“應(yīng)對(duì)全球氣候變暖”等跨學(xué)科主題。

其二，立足科學(xué)實(shí)踐，保障跨學(xué)科內(nèi)容整合之效度。馬克思的本體論指出，實(shí)踐是知行合一的手段。科學(xué)實(shí)踐能將靜態(tài)的科學(xué)知識(shí)與社會(huì)、生活相聯(lián)結(jié)，賦予學(xué)習(xí)主題以生活世界的意義基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中運(yùn)用系統(tǒng)視角看待事物，綜合使用跨學(xué)科知識(shí)、思維解決問題的能力。這種科學(xué)實(shí)踐要求教師需先明確科學(xué)學(xué)習(xí)主題，進(jìn)而根據(jù)學(xué)習(xí)主題逆推實(shí)踐學(xué)習(xí)過程，設(shè)計(jì)可視化的實(shí)踐任務(wù)評(píng)價(jià)清單，并將實(shí)踐任務(wù)分解為系列子任務(wù)。教師需在教學(xué)開始前向?qū)W生展示任務(wù)評(píng)價(jià)單全貌，使其明確科學(xué)實(shí)踐的主題及任務(wù)，益于學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐中做到有的放矢，確保跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的成效。如上文所提及的映月中學(xué)在項(xiàng)目式科學(xué)實(shí)踐“詠春運(yùn)動(dòng)的奧秘”中，設(shè)計(jì)了五個(gè)維度的任務(wù)評(píng)價(jià)表（見表1）。

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（三）以科教融合為著力點(diǎn)，加強(qiáng)一體化科學(xué)教育資源供給

中小學(xué)科學(xué)教育亟須突破學(xué)校課程資源的局限，動(dòng)員科研機(jī)構(gòu)、科普?qǐng)鲳^、科研院所、科學(xué)共同體等共同為師生提供有意義的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)、學(xué)習(xí)資源，使之與學(xué)?？茖W(xué)課程有效耦合與對(duì)接，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外科學(xué)教育資源共享、共通，以推進(jìn)中小學(xué)科學(xué)教育的資源一體化。

一方面，構(gòu)建非正式學(xué)習(xí)資源向科學(xué)教育資源的融入機(jī)制，拓寬科學(xué)課程內(nèi)容的廣度，實(shí)現(xiàn)資源共享。科研機(jī)構(gòu)、院所、科普?qǐng)鲳^等作為中小學(xué)科學(xué)教育的相關(guān)主體，象征著時(shí)代科學(xué)發(fā)展的最前沿，蘊(yùn)含豐富的非正式學(xué)習(xí)資源。這些非正式學(xué)習(xí)場(chǎng)所能夠直觀地呈現(xiàn)科學(xué)前沿知識(shí)與發(fā)展動(dòng)態(tài)，使學(xué)生感受與體驗(yàn)最真實(shí)的科學(xué)研究氛圍，零距離地接觸、認(rèn)識(shí)與參與科學(xué)。非正式學(xué)習(xí)場(chǎng)所還能提供學(xué)生與科研人員直接對(duì)話的機(jī)會(huì)，使其在對(duì)話中加深對(duì)科學(xué)概念、理論的理解，迸發(fā)對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、探究的熱情，形成更深的科學(xué)事業(yè)認(rèn)同感與責(zé)任感。中小學(xué)校應(yīng)有效整合這些非正式學(xué)習(xí)資源，積極探尋非正式學(xué)習(xí)資源向科學(xué)教育資源的融入機(jī)制，以校外考察、工程實(shí)踐、主題探究等方式開辟“第二科學(xué)課堂”，對(duì)學(xué)?？茖W(xué)課程進(jìn)行有效對(duì)接與補(bǔ)充。同時(shí)，充分利用非正式學(xué)習(xí)活動(dòng)的非同質(zhì)性特點(diǎn)，開展跨學(xué)科、跨年級(jí)的探究實(shí)踐活動(dòng)，讓不同年齡、智力特點(diǎn)與認(rèn)知水平的學(xué)生在合作探究中不斷提高跨學(xué)科思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)與問題解決能力，助推學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的高階發(fā)展。在美國(guó)、韓國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)家科學(xué)博物館早已成為學(xué)生學(xué)校生活與日常生活之外的“第三空間”，其開展的“探究—參與”活動(dòng)也早已是基礎(chǔ)教育科學(xué)課程的重要組成部分。

另一方面，加速科技創(chuàng)新成果向科學(xué)教育資源的轉(zhuǎn)化進(jìn)程，延伸科學(xué)課程內(nèi)容的深度，實(shí)現(xiàn)資源共通?？萍及l(fā)展的日新月異決定了科學(xué)教育具有鮮明的時(shí)代性與創(chuàng)新性，換言之，科技創(chuàng)新成果與演進(jìn)趨勢(shì)深刻影響著科學(xué)課程內(nèi)容的選擇與組織。深入挖掘、彰顯科技創(chuàng)新成果的育人價(jià)值，有效推進(jìn)科技創(chuàng)新成果進(jìn)教材、入課堂，是科學(xué)課程內(nèi)容得以拓深之關(guān)鍵。具體而言，教師在教學(xué)中應(yīng)以學(xué)生的認(rèn)知水平為準(zhǔn)線、可接受性為原則，遴選一些國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目成果，譬如國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、省級(jí)自然科學(xué)基金項(xiàng)目等。深挖項(xiàng)目成果中蘊(yùn)藏的科學(xué)理論知識(shí)，尋找其與現(xiàn)有科學(xué)教材內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，將科技創(chuàng)新成果知識(shí)化、基礎(chǔ)化、可教化，有效對(duì)接國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目成果與科學(xué)課程內(nèi)容，深化學(xué)生的科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)。因此，中小學(xué)校必須暢通高等院校、科研院所和高新技術(shù)企業(yè)等機(jī)構(gòu)的科技人才參與學(xué)?？茖W(xué)課程的渠道，引導(dǎo)科學(xué)教師與科技人才建立協(xié)同教研關(guān)系，保障教師及時(shí)、有效獲得科研項(xiàng)目成果的相關(guān)資料與信息，讓科學(xué)教師與科學(xué)家、工程師等科技人才協(xié)同開發(fā)課程資源、設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，以賦能中小學(xué)科學(xué)教育資源一體化之建設(shè)。

責(zé)任編輯：劉昕